Question

坦克火控系统的部件发展

Answer 1

现代坦克火控系统一般由光电观瞄设备、火控计算机、弹道修正量传感器以及火炮稳定和控制系统等组成。 现代坦克火控系统的光电凤瞄设备通常包括昼用光学瞄准镜和夜视仪器。对一个完善的坦克火控系统来说，车长和炮长都单独配有光学主瞄准镜和辅助瞄准镜。炮长主瞄准镜采用望远式或潜望式两种结构，基本上都与激光测距仪和夜高仪器组合，构成测瞄合一或昼夜合一的结构，目前日益增多的观瞄设备为昼、夜、测距三合一结构。车长主瞄准镜多用周视潜望式结构。为了提高搜索、识别和跟踪目标的能力，车长和炮长主瞄准镜通常采用变倍物镜和大口径物镜。低倍率、大视场用于战场监视和搜索目标；高倍率、小视场用于识别、跟踪和瞄准目标。
为了提高瞄准精度和操作简便，现代坦克火控系统的车长和炮长瞄准镜还配用了阴极射线管和其他电子装置，能将弹道瞄准标记、激光测距仪测得的距离数据以及准直调整。
70年代以前，坦克夜视仪器通常采用主动红外装置，隐蔽性不好，容易被敌方发现，成为攻击的目标。70年代以来采用了微光夜视仪（包括一代和二代像增强器）和微光电视。在星光条件下，两者对坦克的作用距离都可达到1000m以上。80年代初，第一代被动热像仪开始装备在如M60A3、M1和豹2等坦克上。微光夜视仪在无月光、星光夜晚的作用距离受到限制，并受烟雾影响，还不能发现伪装目标。热像仪除了克服微光夜视仪的上述缺点外，还有可能根据目标的热特征而实现自动跟踪目标。目前大多数热像仪所用的探测器材料为碲镉汞，工作波段为8～14μm，对坦克的识别距离可达2000m以上。例如安装在比利时LRS-5型坦克火控系统中的TTS型坦克热像仪，对坦克的发现距离是4～5km，对坦克的识别距离是2～2.3km。 火控计算机是现代坦克火控系统的核心部件，主要功能是根据弹道修正量传感器自动输入的和人工装定的各种弹道参数，求解弹道和射击提前角方程，并自动将射角和方位角信息传送给瞄准镜以及火炮伺服系统。火控计算机从问世至今，大体上有机械模拟、机电模拟、全电子模拟、数模混合式和数字式5种类型。现代坦克火控系统除少数采用模拟式和数模混合式外，大部分采用数字机，而这些数字机中大多数是微型计算机。由于坦克内的空间有限，要求整个火控系统的体积小、功耗低，因而使用微型计算机非常合适。采用微型机可使火控系统实现模块化、可靠性高、便于快速检修，微型机的成本也比较低。由于以上这些优点，目前采用微型机的火控系统很多，而且会越来越多。
现代坦克火控系统一般至少可计算4个弹种的射击诸元，最大计算距离一般为4000m弹道计算精度一般为0.1mrad①，用脱壳穿甲弹对距离1500m、2.3×2.3(m）的运动目标射击，能使首发命中率达到80%以上。 为了提高弹道计算精度和首发命中率，现代坦克火控系统除用测距仪测距外，还采用了目标角速度、炮耳轴倾斜、横风、弹种、定起角、炮口偏移、弹丸偏流、视差、气温、气压、炮膛磨损、药温等修正量。从理论上讲，配用的修正量传感器越多，自动化程度越高，命中率也越高，但随之成本增高，发生故障或遭到损坏的可能性增大。因此不一定传感器越多越好，譬如第一批豹2上装有很多修正量自动传感器，而第二批豹2坦克上不再安装气象传感器，气温、气压、药温由人工装定。
现代坦克火控系统所配用的自动修正量传感器大体有3种情况。
第一种情况是配有一、二种自动传感器，如日本74式坦克火控系统只配有距离传感器（激光测距仪），其他如药温、炮耳轴倾斜、炮膛磨损、视差等弹道修正量都是手动输入。
第二种情况是配有许多自动修正量传感器。如比利时萨布卡坦克火控系统，除弹种手动输入外，配有距离、目标角速度、炮耳轴倾斜、横风、气压、气温、药温等多种自动传感器。联邦德国的综合坦克火控系统和莱姆斯塔（LEMSTAR）坦克火控系统除人工输入弹种、炮膛磨损外，配有距离、目标角速度、炮耳轴倾斜、横风、气温、气压、药温等多种传感器。
第三种情况是配有距离、目标运动角速度、炮耳轴倾斜，或再加上横风传感器，其他修正量由人工输入，属于这种情况的火控系统数量最多，如美国的M60A3、M1、英国的IFCS等。它的优点是系统不太复杂、成本不太高，但又反一些最重要的和随时可变、不便于手动输入的修正量用自动传感器输入，而药温、气温、气压和炮膛磨损等在作战前有充分的时间预先人工输入。即使系统不过于复杂，又保证了首发命中率高的要求。
激光测距仪是现代坦克火控系统的一种最好的距离传感器。它的测距精度高，而且与测程的远近无关；测距迅速；距离数据可以直接以数字显示并传送给火控计算机；激光的光束窄，因而角分辨率高，不易受地物杂波的影响和对方的干扰；激光测距仪的体积小、重量轻；操作和训练简便。这些独特的优点极好地满足了现代坦克火控系统对距离传感器的要求，成为组成现代坦克火控系统必不可少的部件。多次的实际射击试验也证明，坦克火控系统配用激光测距仪后，首发命中率可提高到80%以上。特别是远距离射击时，首发命中率的提高更显著。
坦克激光测距仪从问世到现在已经发展了两代。目前正在发展第三代——CO2激光测距仪。现代坦克火控系统除少数还装备第一代——红宝石激光测距仪，如美国M60A3坦克和日本74式坦克，其他绝大多数都装备了第二代——钕激光测距仪，其中多数用Nd：YAG激光器，少数用钕玻璃激光器。与红宝石激光测距仪相比，钕激光测距仪的优点是发射1.06μm的近红外光，隐蔽性好，其他优点还有耗电少、效率高、轻小等。激光测距仪的测程约为200～10000m，测距精度约为±5m或±10m，束散为0.5～1mrad，脉冲重复频率为每分种几次到几十次。
激光测距仪除极少数因改装老式坦克需要而采取测瞄分离的结构之外，绝大多数都与炮长主瞄准镜或车长主瞄准镜组合成一体，构成测瞄合一的结构。
抑制假目标回波是激光测距仪中一项重要的技术问题，关系到测距数据是否可靠，从而直接关系到首发命中率的问题。现采用以下方法抑制假目标回波：
用距离选通法抑制最小选通距离以内的假目标，最小选通距离由操作手装定；
存储并显示多个目标距离数据，供炮长或车长进行判断选择；
用首末脉冲距离逻辑电路抑制假目标回波；
偏振分辨法，即利用目标反射光与微粒（如烟、雾）散射光偏振性能不同来抑制假目标回波，这种方法要求激光器输出平面偏振光，并且在接收器前要加检偏器。
除上述方法外，有的坦克激光测距仪还采用一些辅助方法来验证激光测距仪所测距离是否正确，如英国ICS火控系统中所用的激光测距瞄准镜用大小与距离成反比的椭圆瞄准光环来验证所测距离是否是目标的距离。
现代坦克火控系统常用的目标角速度测量装置主要有速度陀螺、测速电机和光电编码器3种，只要测出瞄准镜或火炮跟踪目标的角速度就测出了目标的角速度。瞄准镜上安装的速度陀螺是瞄准镜稳定系统的一个部件，此外还兼作目标角速度传感器。
常用的炮耳轴倾斜传感器有摆式和垂直陀螺等。垂直陀螺适用于行进间测量炮耳轴倾斜，比较先进的坦克火控系统（如豹2和比利时的通用坦克火控系统）一般采用这种装置。
横风传感器有被电流加热的热敏电阻式、螺旋桨式和球式几种。
炮膛磨损修正量采用数字逻辑电路，其原理是将每种弹等效的磨损系数与已发射过的每种弹的数量的乘积累加起来，就形成了炮膛的等效总磨损量。炮膛磨损也可人工装定。 现代战争要求坦克具有行进间射击或行进间短停射击目标的能力，这就必须配备火炮稳定和瞄准线稳定系统。稳定系统的发展大体上经历了3代。前两代稳定系统主稳定火炮，瞄准线随动于火炮。
第一代稳定系统叫做双陀螺稳定系统，在高低和方位稳定系统中每套只有1个速度陀螺，用来传感火炮和炮塔的角速度，此信号经放大后来控制火炮伺服系统，起到稳定火炮的作用。这种稳定系统可以在行进间粗略稳定火炮，但不能行进间射击，要求射击前短停精确控制火炮。
第二代稳定系统又称为4陀螺稳定系统。即在火炮高低和方位伺服控制回路中各包括两个陀螺。一般来说，一个是位置陀螺（3自由度陀螺），一个是速度陀螺（2自由度陀螺）。速度陀螺在有的系统中提供扰动变量前馈控制信号（如豹1A3），有的起速度反馈作用(如T-62坦克）。第二代系统比第一代系统反应迅速、稳定精度高，火炮能在行进间瞄准，射击前短停的时间比第一代可缩短一些，但仍不能行进间射击。
第三代稳定系统是独立稳定瞄准线的指挥仪式系统。这种系统与瞄准控制方式中的指挥仪式坦克火控系统系同一种系统。
稳定系统也伺服控制系统是紧密结合在一起的，两者的大部分部件都是共用的。目前稳定和伺服控制系统有电液式和电动式两种类型。美国、联邦德国和法国装备的坦克基本上都是电液式的，而英国的是电动式的，苏联坦克稳定器在高低向是电液式的，方位向是电动式的。美国卡迪拉克·盖奇（Cadillac Gage）公司生产的电液式稳定系统为美国M47、M48、M60坦克以及联邦德国和比利时装备的豹1坦克所采用。英国的炮控稳定系统都是全电动式的，而且都由马可尼雷达（Marconi Radar）公司生产，包括用于奇伏坦坦克的GCENo.7双向稳定系统，用于改装逊邱伦的GCE576或GCE581系统以及用于维克斯MK3坦克的GCE620炮控稳定系统，这些系统的末级功率放大装置都是电机放大机。马可尼雷达公司又为蝎式、狐式等轻型坦克研制成功了PD700型炮塔和火炮电力驱动系统，采用可控硅功率放大器作为末级功率放大器，优点是快速回转和慢速平滑跟踪性能优良、效率高、耗电少、工作时噪声小。
近年来，采用全电动系统的坦克越来越多，如法国的AMX勒克莱尔、日本的90式、以色列的梅卡瓦3、巴西的EE-T1等，联邦德国的下一代主战坦克KPz2000也打算采用。全电动系统的主要优点是安全性好（无液压油，不易着火）。
瞄准线稳定和控制系统采用的是小功率电气伺服控制系统。